Studie zeigt, dass die DNA-Reparatur mit dem Alter abnimmt, was die Fruchtbarkeit einschränkt

Auch Würmer haben eine tickende Fruchtbarkeitsuhr. Ältere Würmer sind weniger effizient darin, gebrochene DNA-Stränge zu reparieren, während sie Eizellen produzieren – ein Teil eines Prozesses, der für die Fruchtbarkeit unerlässlich ist. Eine neue Studie von Biologen der University of Oregon (UO) legt einen möglichen Grund dafür nahe, dass sich die Fortpflanzung mit zunehmendem Alter verlangsamt.

Forscher aus dem Labor von Diana Libuda berichten über die Ergebnisse in einem am 7. November veröffentlichten Artikel PLOS-Genetik.

Jede Samen- oder Eizelle hat nur halb so viele Chromosomen wie eine normale Zelle. Während der Meiose, dem Zellteilungsprozess, der Spermien und Eizellen bildet, müssen die Elternzellen ihre DNA gleichmäßig teilen. Die Fehlerkosten können hoch sein, da falsch geteilte Chromosomen eine Hauptursache für Geburtsfehler sind.

Um es richtig zu machen, wenden Zellen eine überraschende Strategie an: Sie brechen ihre DNA-Stränge absichtlich und reparieren sie dann.

„Es ist einer der erstaunlichsten Prozesse in der Biologie“, sagte Erik Toraason, ein ehemaliger Doktorand in Libudas Labor, der die Arbeit leitete. Der Reparaturprozess „schließt die Chromosomen physikalisch zusammen und stellt einen Organisationspunkt bereit“, der sicherstellt, dass die Chromosomen gleichmäßig aufgeteilt werden.

Toraason wollte verstehen, wie sich das Altern auf diese Prozesse auswirkt. Eier verlieren ihre Lebensfähigkeit relativ früh in der Lebensspanne eines Organismus, aber „der Grund, warum diese Zellen so anfällig für Alterung sind, ist nicht gut verstanden“, sagte Toraason, der jetzt Postdoktorand an der Princeton University ist. „Aber einer der Faktoren, der als wichtig erachtet wird, ist die Genomreparatur und die Vorstellung, dass diese zurückgehen könnte, wodurch Eizellen – sich entwickelnde Eier – anfällig für Defekte werden.“

Würmer erwiesen sich als ideales Testfeld für diese Fragen. C. elegans-Würmer sind normalerweise hermaphroditisch, was bedeutet, dass jeder Wurm sowohl Eier als auch Spermien produziert. Aber dank einer genetischen Mutation, die die Spermienproduktion unterbindet, können Forscher eierproduzierende Würmer erschaffen, die funktionell weiblich sind.

Toraason und die wissenschaftliche Mitarbeiterin Vikki Adler nutzten diesen Trick, um die Auswirkungen des Alterns von den Auswirkungen des Spermienmangels zu trennen, der normalerweise auftritt, wenn hermaphroditische Würmer altern und auch zu einer Abnahme der Fruchtbarkeit führen.

Das Auslaufen der Spermien schien die Rate zu beeinflussen, mit der die hermaphroditischen Würmer Brüche in ihrer Eizell-DNA erzeugten, fanden die Forscher heraus. Aber die Fähigkeit, DNA-Brüche zu reparieren, nahm mit zunehmendem Alter sogar bei den weiblichen Würmern ab, unabhängig von der Spermienmenge.

„Wir haben festgestellt, dass sich die Bildung von Brüchen verändert, wenn Ihnen das Sperma ausgeht, aber die Reparatur von Brüchen wird nur vom Alterungsprozess beeinflusst, nicht von den Spermien“, sagte Libuda.

Das Team weiß noch nicht, warum sich dieser Prozess mit zunehmendem Alter ändert, aber zumindest bei Würmern könnte dies mit einer Verschiebung der Ressourcen zusammenhängen. Bei Würmern, die ihr gesamtes Sperma aufgebraucht haben, werden unbefruchtete Eizellen manchmal zu einer Nahrungsquelle für die Nachkommen. Da die Eizellen nicht zur Fortpflanzung verwendet werden, müssen die Würmer keine Ressourcen mehr aufwenden, um ihre DNA zu brechen und zu reparieren.